Remoção de células de Microcystis Aeruginosa em água de abastecimento por coagulação, floculação e sedimentação utilizando cloreto férrico e sulfato de alumínio e filtração por filtro de areia

Texto

(1)UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA PRO - REITORIA DE PÓS - GRADUAÇÃO E PESQUISA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA MESTRADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL. REMOÇÃO DE CÉLULAS DE Microcystis aeruginosa EM ÁGUA DE ABASTECIMENTO POR COAGULAÇÃO, FLOCULAÇÃO E SEDIMENTAÇÃO UTILIZANDO CLORETO FÉRRICO E SULFATO DE ALUMÍNIO E FILTRAÇÃO POR FILTRO DE AREIA. ERIVANNA KARLENE DOS SANTOS OLIVEIRA. Orientadora: Professora Dra Beatriz Susana Ovruski de Ceballos Co-orientador: Professor Dr. Wilton Silva Lopes. CAMPINA GRANDE-PB 2014.

(2) ERIVANNA KARLENE DOS SANTOS OLIVEIRA. REMOÇÃO DE CÉLULAS DE Microcystis aeruginosa EM ÁGUA DE ABSTECIMENTO POR COAGULAÇÃO, FLOCULAÇÃO E SEDIMENTAÇÃO UTILIZANDO CLORETO FÉRRICO E SULFATO DE ALUMÍNIO E FILTRAÇÃO POR FILTRO DE AREIA. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental da Universidade Estadual da Paraíba, em cumprimento aos requisitos necessários para obtenção do título de mestre.. CAMPINA GRANDE 2014.

(3) É expressamente proibida a comercialização deste documento, tanto na forma impressa como eletrônica. Sua reprodução total ou parcial é permitida exclusivamente para fins acadêmicos e científicos, desde que na reprodução figure a identificação do autor, título, instituição e ano da dissertação.. O48r Oliveira, Erivanna Karlene dos Santos. Remoção de células de Microcystis Aeruginosa em água de abastecimento por coagulação, floculação e sedimentação utilizando cloreto férrico e sulfato de alumínio e filtração por filtro de areia [manuscrito] / Erivanna Karlene dos Santos Oliveira. - 2014. 119 p. : il. color. Digitado. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia Ambiental) - Universidade Estadual da Paraíba, Pró-Reitoria de PósGraduação, 2014. "Orientação: Profa. Dra. Beatriz Susana Ovruski de Ceballos, Pró-Reitoria de Pós-Graduação". 1. Microcystis aeruginosa. 2. Coagulação. 3.Sulfato de alumínio. 4.Cloreto férrico. I. Título. 21. ed. CDD 628.3.

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(5) À verdadeira fonte de riqueza de amor e carinho, minha família. Dedico.

(6) AGRADECIMENTOS. Primeiramente a Deus pela dádiva da vida e pela oportunidade de caminhar e aprender novas lições que a vida nos proporciona, como também por iluminar minha trajetória me concedendo força e sabedoria para que eu alcançasse esta meta, não permitindo desaminar nas horas de dificuldade. A minha fortaleza, meus pais, Erivaldo e Luzimar, meus irmãos, Everton e Leonardo, minha avó Maria e meu tio Arnaud, obrigada pelo amor, apoio, força, por estarem sempre ao meu lado em todos os momentos desde os difíceis até os mais alegres e emocionantes, ajudando-me a superar cada obstáculo, incentivando-me a conquistar mais uma etapa, e nunca abaixar a cabeça ou desistir em momento de dificuldade, dando-me excelentes oportunidades de crescer pessoalmente e profissionalmente. A meu querido Kleber pelo amor, carinho, companheirismo, incentivo para concretizar os objetivos que almejo com perseverança e responsabilidade, pela ajuda na construção da dissertação, desde discussões sadias às ilustrações. Obrigada também por me acalmar nos momentos de aflição e de estresse. À querida orientadora Prof. Dra. Beatriz Susana Ovruski de Ceballos (Bia), obrigada pelo incentivo, paciência, confiança, apoio, dedicação aos trabalhos acadêmicos e de acreditar no meu potencial, além do carinho e dos brigões, mas sempre querendo meu crescimento pessoal e profissional. Ao meu Co-orientadorProfº. Dr. Wilton Silva Lopes pela orientação na realização do trabalho e apoio. Aos professores do Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental pelos ensinamentos transmitidos. Aos meus grandes amigos Aluízio (Alu), Eyre e Tércio verdadeiros companheiros para todas as horas, que foram essenciais na elaboração dessa dissertação, estando comigo em todos os momentos tanto de alegria quanto de dificuldade, sempre me apoiando e fazendo-me acreditar que tudo iria dar certo. Às mestres Alaine, Hindria e Silvania, pela cooperação na fase experimental. Aos queridos colegas do MCTA que com o mesmo objetivo de concluir mais uma etapa de nossas vidas, acreditaram que são capazes de superar obstáculos. Em especial a meus amigos Aninha, Luquinhas, Nessinha, Natália, obrigada pela amizade, companheirismo, discussões sadias, pelo abraço amigo na hora de aflição. Aos colegas da EXTRABES, Seu Marconi, Rafael, Wenderson, Ferreira, Lucinaldo, Nélia e Dona Marleide, obrigada por toda a ajuda, amizade e pelo incentivo para concluir com êxito as atividades laborativas. Aos voluntários e bolsitas da EXTRABES pela colaboração e discussões sadias em especial Flávia, Albyere e Isabel. À equipe do laboratório de Limnologia do Centro de Ciências Biológicas e da Saúde (CCBS), no Complexo Integrado de Pesquisa Três Marias da Universidade Estadual da Paraíba (UEPB), ao professor Dr. José Etham de Lucena Barbosa por ceder o.

(7) laboratório de Limnologia, especialmente a Janiele Vasconcelos e Climélia Nóbrega pela colaboração nas análises das cianotoxinas. Aos meus queridos amigos Washington, Gentil, Rômulo, Pantoja, Gindomar da UFPB obrigada pela convivência sadia, pelos conhecimentos e discussões, e que mesmo não sendo a área deles sempre me incentivaram a fazer o melhor independente da dificuldade. À equipe do laboratório Nepremar do Centro de Ciências Biológicas e da Saúde (CCBS), da Universidade Federal da Paraíba (UFPB), em especial ao Profº. Dr. Roberto Sassi, Patrícia, Jordana e Aline que ajudaram no processo de purificação da cultura de Microcystis aeruginosa. À CAPES pela concessão da bolsa..

(8) RESUMO. A presença de cianobactérias em reservatórios, lagos e rios é um problema mundial de saúde ambiental, em consequência da eutrofização antropogênica. Esses microrganismos dificultam a potabilização da água, por produzir gosto e odor difíceis de remover e suas células em alta densidade colmatam os filtros, diminuindo sua vida útil. No método convencional de tratamento de água, coagulação, floculação e sedimentação são fundamentais na remoção de células e determinam a eficiência das operações seguintes. Neste trabalho analisou-se a eficiência na remoção de células intactas de Microcystis aeruginosa e da microcistina-LR nas etapas de coagulação, floculação e sedimentação, seguido por filtração em filtro de areia com uso dos coagulantes cloreto férrico e sulfato de alumínio, avaliando quatro taxas de filtração de 15, 30, 50 e 100 m3.m-2.d-1, em pH 7,5 e dosagem de 40 mg.L-1 com testes em escala de bancada (Jartest) utilizando-se água tratada de torneira desclorada e adicionada de uma cultura pura de M. aeruginosa com densidade final aproximada de 105 cel.mL-1 simulando uma floração. Os parâmetros de referência foram turbidez, cor aparente e concentração celular. Observou-se que a eficiência, tanto com as taxas de 15 e 30 m3.m-2.d-1 tiveram remoções semelhantes para as variáveis cor aparente, turbidez e concentração celular com 79%, 80% e 92%; e 80%, 80,5% e 89,10%, respectivamente para o coagulante cloreto férrico. Para o sulfato de alumínio e para ambas as taxas, houve a mesma reposta com remoções de 81,48% para cor aparente, 83,25% para turbidez e 90,50% para concentração celular, já para a taxa de 30 m3.m-2.d-1 as remoções foram de 83,33% , 83,25% e 89,71% respectivamente. Não foi observada lise celular e consequentemente, não houve aumentos, ao longo do tratamento, das concentrações da cianotoxina microcistina -LR. Palavras–chave: Microcystis aeruginosa. Coagulação. Sulfato de alumínio. Cloreto férrico..

(9) ABSTRACT. The presence of cyanobacteria in reservoirs, lakes and rivers is a global environmental health problem as a result ofanthropogenic eutrophication. These microorganisms hinder water purifiers, to produce taste and odor difficult to remove and the cells at high density clog the sand filters, reducing its time of use. In the conventional method of water treatment, coagulation, flocculation and sedimentation are essential in the removal of cells and determine the efficiency of the following operations. In this study we analyzed the efficiency of removal of intact cells of Microcystis aeruginosaand microcystin-LR in the stages of coagulation, flocculation and sedimentation, followed by filtration through sand filters with the use of coagulants ferric chloride and aluminum sulfate, evaluating four filtration rates: 15, 30, 50 and 100 m3.m-2.d-1at pH 7.5 and a dosage of 40 mg.L-1tests with a bench-scale (Jartest) using treated water dechlorinated and adadded with a pureculture of M. aeruginosa with approximate final densityof 105 cel.mL-1simulating a bloom. The parametres control were turbidity, apparent color and cell concentration. It was observed that both the efficiency rates at 15 and 30 m3.m-2.d1 had similar removal of apparent color, turbidity and cellconcentration (79%, 80% and 92% and 80%, 80,5% and 89,10% respectively for the coagulant ferric chloride. And for aluminum sulphate was the same for both rates removals of 81,48% for apparent color, turbidity to 83,25% and to 90,50% for cell concentration, since the rate for 30 m 3.m-2.d1 removals were 83,33%, 83,25% and 89,71%, respectively. Nocell lysiswas observedandconsequently, no further increases in concentrationsofmicrocystin-LR cyanotoxinduring treatment was observed. Palavras–chave: Microcystis aeruginosa. Coagulation. Aluminium sulphate. Ferric chloride..

(10) LISTA DE FIGURAS. Figura 1: Diagrama de coagulação do sulfato de alumínio. ........................................... 39 Figura 2: Organograma do procedimento experimental ................................................. 52 Figura 3: Cultivo de Microcystis aeruginosa com 15 dias de incubação. ...................... 55 Figura 4: Câmara de Uthermöhl de 2 cm de altura......................................................... 56 Figura 5: Equipamento de Jar Test utilizado nos ensaios de coagulação, floculação e sedimentação. ................................................................................................................. 59 Figura 6: Esquema do sistema experimental (A) equipamento de Jar Test; (B) sistema de filtração por gravidade com vazão controlada; (C) filtro de laboratório de areia (FLA) e (D) erlenmeyers para coleta dos efluentes dos filtros....................................... 60 Figura 7: Esquema do Filtro de laboratório de areia. ..................................................... 62 Figura 8: Reação colorimétrica observada com o kit ELISA: placa após a adição do substrato da enzima (a) e após a adição da solução Stop (b e c). ................................... 64 Figura 9: Diagrama de coagulação para remoção de cor aparente com cloreto férrico. Média de cor aparente inicial: 22uH............................................................................... 66 Figura 10: Diagrama de coagulação com cloreto férrico para remoção de turbidez. Média de turbidez inicial: 3,37uT................................................................................... 66 Figura 11: Diagrama de coagulação para remoção de células de M. aeruginosa com cloreto férrico. Média de concentração celular inicial: 2,98E+05 cel.mL-1. .................. 67 Figura 12: Box Plot de cor aparente com o cloreto férrico e as quatro taxas de filtração estabelecidas (n=48). Médias da cor aparente da AE: 57,37 uH e AD: 24,93 uH. ........ 71 Figura 13: Box Plot de turbidez com o cloreto férrico e as quatro taxas de filtração estabelecidas (n=48). Médias de turbidez da AE: 4,27 uT e AD:0,84 uT. ..................... 71 Figura 14: Box Plot de concentração celular com o cloreto férrico e as quatro taxas de filtração estabelecidas (n=48). Médias da densidade celular da AE: 3,30E+05 cel.mL-1 e AD: 1,49E+05 cel.mL-1. ................................................................................................. 72 Figura 15: Amostras de água, A) Cultura pura; B) Água de estudo; C) Água Decantada com coagulante Cloreto férrico (CF); D) Água pós-filtração AFACF 30m3.m-2.d-1...... 73 Figura 16: Diagrama de coagulação para remoção de cor aparente com o sulfato de alumínio. Média de cor aparente inicial: 36 uH. ............................................................ 75.

(11) Figura 17: Diagrama de coagulação para remoção de turbidez com o sulfato de alumínio. Média de turbidez inicial: 4,3 uT. .................................................................. 75 Figura 18: Diagrama de coagulação para remoção de células de M. aeruginosa com o sulfato de alumínio. Média de concentração celular inicial: 3,19E+05 cel.mL-1. .......... 76 Figura 19: Box Plot de cor aparente remanescente com o sulfato de alumínio e as quatro taxas de filtração estabelecidas (n=48). .......................................................................... 79 Figura 20: Box Plot de turbidez remanescente com o sulfato de alumínio e as quatro taxas de filtração estabelecidas (n=48). .......................................................................... 80 Figura 21: Box Plot de concentração celular remanescente com o sulfato de alumínio e as quatro taxas de filtração estabelecidas (n=48). .......................................................... 81 Figura 22: Amostra de água, A) Cultura pura; B) Água de estudo; C) Água Decantada com coagulante Sulfato de alumínio (SA); D) Água pós-filtração AFASA 30m3.m-2.d-1. ........................................................................................................................................ 82.

(12) LISTA DE TABELAS Tabela 1: Parâmetros e métodos de medição utilizados para caracterizar a água base (AB): água da rede distribuição da ETA de Gravatá e captada no Reservatório Epitácio Pessoa (Boqueirão). ........................................................................................................ 53 Tabela 2: Parâmetros e métodos de medição utilizados para caracterizar as águas de estudo (AE) e as águas efluentes dos filtros de areia. .................................................... 57 Tabela 3: Parâmetros operacionais usados nos ensaios de bancada. .............................. 60 Tabela 4: Taxas de filtração e tempo de escoamento pelo filtro de areia. ...................... 61 Tabela 5: Valores médios da caracterização da água de estudo (AE) utilizada nos ensaios preliminares com cloreto férrico. ....................................................................... 65 Tabela 6: Valores médios dos parâmetros de caracterização das águas de estudo (AE) utilizadas nos ensaios de coagulação usando as melhores dosagens dos coagulantes. .. 68 Tabela 7: Valores médios remanescentes de turbidez, de cor aparente e de concentração de células de M. aeruginosa na água decantada, utilizando as melhores dosagens de cloreto férrico e os melhores valores de pH de coagulação. .......................................... 68 Tabela 8: Valores médios da caracterização das águas de estudo (AE) utilizadas nos ensaios de filtração por filtros de laboratório de areia com cloreto férrico pH 8,5 a 25ºC. ........................................................................................................................................ 69 Tabela 9: Valores médios da caracterização das águas decantadas (AD) utilizadas nos ensaio de filtração por filtros de laboratório de areia com cloreto férrico e pH 7,5 a 25ºC. ............................................................................................................................... 69 Tabela 10: Comparação dos valores médios da caracterização das águas de estudo (AE) utilizadas no conjunto de ensaios com cloreto férrico. ................................................... 70 Tabela 11: Eficiência média do sistema utilizando com cloreto férrico......................... 73 Tabela 12: Valores médios da caracterização da água de estudo (AE) utilizada nos ensaios preliminares com sulfato de alumínio. ............................................................... 74 Tabela 13: Valores médios de caracterização das águas de estudo (AE) utilizada nos ensaios de coagulação usando as melhores dosagens dos coagulantes. ......................... 77 Tabela 14: Valores médios remanescentes de turbidez, de cor aparente e concentração de células de M. aeruginosa na água decantada, utilizando as melhores dosagens de sulfato de alumínio e os melhores valores de pH de coagulação. .................................. 77.

(13) Tabela 15: Valores médios da caracterização das águas de estudo (AE) utilizadas nos ensaio de filtração por filtros de laboratório de areia com sulfato de alumínio pH 8,5 a 25ºC. ............................................................................................................................... 78 Tabela 16: Valores médios da caracterização das águas decantadas (AD) utilizadas nos ensaio de filtração por filtros de laboratório de areia com sulfato de alumínio pH 7,5 a 25ºC. ............................................................................................................................... 78 Tabela 17: Comparação dos valores médios da caracterização das águas de estudo (AE) utilizadas no conjunto de ensaios com sulfato de alumínio. .......................................... 79 Tabela 18: Eficiência média do sistema utilizando sulfato de alumínio. ....................... 82.

(14) LISTA DE TABELAS NO APÊNDICE. Tabela Apêndice A-1: Resultados detalhados da caracterização da água de estudo (AE) utilizada nos ensaios preliminares com cloreto férrico. ............................................... 102. Tabela Apêndice A-2: Resultados dos ensaios preliminares realizados com cloreto férrico............................................................................................................................ 102. Tabela Apêndice A-3: Valores detalhados da caracterização da água de estudo (AE) utilizada nos ensaios de coagulação usando as melhores dosagens do coagulante (n=4). ...................................................................................................................................... 103. Tabela Apêndice A-4: Valores detalhados de turbidez, cor aparente e concentração de M. aeruginosa na água decantada, utilizando as melhores dosagens de cloreto férrico e os melhores valores de pH de coagulação. ................................................................... 103. Tabela Apêndice A-5: Resultados detalhados da caracterização das águas de estudo (AE) utilizadas nos ensaio de filtração por filtros de laboratório de areia com cloreto férrico pH 8,5 a 25ºC (n=8). ......................................................................................... 104. Tabela Apêndice A-6: Resultados detalhados da caracterização das águas decantada (AD) utilizadas nos ensaio de filtração por filtros de laboratório de areia com cloreto férrico pH 7,5 a 25ºC (n=16). ....................................................................................... 105. Tabela Apêndice A-7: Resultados do ensaio pós-filtração por filtro de areia com cloreto férrico e taxa de filtração de 15 m³.m-2.d-1. .................................................................. 105. Tabela Apêndice A-8: Resultados do ensaio pós-filtração por filtro de areia com cloreto férrico e taxa de filtração de 30m³.m-2.d-1. ................................................................... 107. Tabela Apêndice A-9: Resultados do ensaio pós-filtração por filtro de areia com cloreto férrico e taxa de filtração de 50 m³.m-2.d-1. .................................................................. 108. Tabela Apêndice A-10: Resultados do ensaio pós-filtração por filtro laboratório de areia com cloreto férrico e taxa de filtração de 100 m³.m-2.d-1. ............................................ 110. Tabela Apêndice A-11: Resultados detalhados da caracterização da água de estudo (AE) utilizada nos ensaios preliminares com sulfato de alumínio. ....................................... 111.

(15) Tabela Apêndice A-12: Resultados dos ensaios preliminares realizados com sulfato de alumínio. ....................................................................................................................... 112. Tabela Apêndice A-13: Valores detalhados da caracterização da água de estudo (AE) utilizada nos ensaios de coagulação usando as melhores dosagens do coagulante (n=4). ...................................................................................................................................... 113. Tabela Apêndice A-14: Valores detalhados de turbidez, cor aparente e concentração de M. aeruginosa na água decantada, utilizando as melhores dosagens de sulfato de alumínio e os melhores valores de pH de coagulação. ................................................. 113. Tabela Apêndice A-15: Resultados detalhados da caracterização das águas de estudo (AE) utilizadas nos ensaio de filtração por filtros de laboratório de areia com sulfato de alumínio pH 8,5 a 25ºC (n=8). ..................................................................................... 114. Tabela Apêndice A-16: Dados detalhados da caracterização das águas decantada (AD) utilizadas nos ensaio de filtração por filtros de laboratório de areia com sulfato de alumínio pH 7,5 a 25ºC (n=16). ................................................................................... 115. Tabela Apêndice A-17: Resultados do ensaio pós-filtração por filtro de laboratório de areia com sulfato de alumínio e taxa de filtração de 15 m³.m-2.d-1. ............................. 116. Tabela Apêndice A-18: Resultados do ensaio pós-filtração por filtro de laboratório de areia com sulfato de alumínio e taxa de filtração de 30 m³.m-2.d-1. ............................. 117. Tabela Apêndice A-19: Resultados do ensaio pós-filtração por filtro de laboratório de areia com sulfato de alumínio e taxa de filtração de 50 m³.m-2.d-1. ............................. 119. Tabela Apêndice A-20: Resultados do ensaio pós-filtração por filtro de laboratório de areia com sulfato de alumínio e taxa de filtração de 100 m³.m-2.d-1. ........................... 120.

(16) LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS. AB - Água base AD - Água decantada AE - Água de estudo AF - Água filtrada. APHA - American Public Health Association DBPs - Formação de subprodutos da desinfecção EDTA - Ácido etilenodiamino tetra-acético ELISA - Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay ETA - Estação de tratamento de água EXTRABES - Estação Experimental de Tratamento Biológico de Esgoto Sanitário FAD - Flotação por ar dissolvido. FLA - Filtro de laboratório de areia Gfl - Gradiente de velocidade médio de floculação Gmr - Gradiente de velocidade médio de mistura rápida Jar Test - Teste de jarros LUX - Unidade de iluminância ou iluminamento MC-LR – Microcistina-leucina-arginina MIB - 2-metilisoborneol. MOA: - Matéria orgânica algogênica MON - Matéria orgânica natural PACl - Policloreto de alumínio Tfl - Tempo de floculação Tmr - Tempo de mistura rápida Vs - Velocidade de sedimentação WAC - poliidroxiclorosulfato de alumínio.

(17) SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo geral 2.2 Objetivos específicos 3 REVISÃO DE LITERATURA 3.1 Cianobactérias e florações 3.2 Interferência humana e a eutrofização 3.3 Tratamento convencional de água 3.3.1 Coagulação e floculação 3.3.2 Diagramas de coagulação 3.3.3 Tipos de coagulantes 3.3.4 Sedimentação 3.3.5 Filtração 3.4 Trabalhos de remoção de cianobactérias e cianotoxinas 4 METODOLOGIA 4.1 Considerações gerais 4.2 Preparação da Água Base (AB) 4.3 Cultivo de Microcystis aeruginosa: preparação e manutenção da cultura 4.4 Preparação da Água de Estudo (AE) 4.5 Procedimento experimental 4.5.1 Ensaios prévios de coagulação/floculação/sedimentação 4.5.2 Avaliação das melhores condições e teste completos 4.5.3 Descrição do sistema experimental 4.6Quantificação de microcistina-LR (MC-LR) com teste de imunoensaio (ELISA). 4.7 Análises dos resultados 5 RESULTADOS 5.1 Resultados com o coagulante cloreto férrico 5.2 Resultados com o coagulante sulfato de alumínio 6 DISCUSSÃO 7 CONCLUSÃO 8 REFERÊNCIAS APÊNDICES. 19 22 22 22 23 25 27 28 32 38 39 41 42 44 51 51 53 53 56 57 57 58 58 62 64 65 65 74 84 90 91 101.

(18) 19. 1 INTRODUÇÃO. A frequência de florações de cianobactérias nos reservatórios de água doce vem aumentando em todo mundo em virtude das alterações climáticas e dos impactos antropogênicos, agravados pelo contínuo crescimento populacional, relacionado com o uso intenso de fertilizantes e agrotóxicos, como também com o aumento das descargas de esgotos mal tratados e de resíduos sólidos sem destino adequado (CODD et al, 2005; PAERL et al, 2011). Com as estiagens prolongadas, os baixos volumes das represas favorecem a concentração dos sais e dos nutrientes, especialmente o fósforo e o nitrogênio. Além disso, alguns fatores hidráulicos como a escassa turbulência da água, os longos tempos de detenção hidráulica e ambientais como a prolongada incidência luminosa diária, as altas temperaturas e o pH alcalino, típicos das águas lênticas do nordeste do Brasil também favorecem a proliferação de cianobactérias (APELDOORN et al, 2007; PAERL, HUISMAN, 2009; MOLICA; AZEVEDO, 2009). Nos reservatórios de abastecimento humano as cianobactérias são um grave problema para a saúde ambiental e pública em nível mundial porque diversas linhagens produzem metabólitos secundários toxigênicos que afetam a biota e a saúde humana (CHORUS, BARTRAM, 1999). As cianotoxinas podem causar intoxicações agudas e crônicas, alterações genéticas, tumores, cânceres e morte. São conhecidos três tipos de toxinas segundo seu alvo de ação: as hepatoxinas (afetam o fígado), as neurotoxinas (sistema nervoso) e as dermatoxinas (a pele) (SILVONEN e JONES, et al, 1999; APELDOORN et al, 2007). Outros metabólitos secundários das cianobactérias como o MIB: 2–metilisoborneol e a geosmina conferem sabor e odor à água, são facilmente detectáveis pelos consumidores ainda que em baixas concentrações e difíceis de eliminar (Di BERNARDO, DANTAS, 2005; TEIXEIRA et al, 2010; HO et al, 2012). Em 1996 mais de 60 pacientes de uma clinica de hemodiálise em Caruaru/PE, morreram após de receber via intravenosa água contaminada com cianotoxinas (AZEVEDO et al, 2002). Este foi o primeiro caso de intoxicação por cianotoxinas com observações presenciais em seres humanos e foi causa da inclusão, nos Guias sobre Qualidade de Água de Consumo Humano da Organização Mundial da Saúde (WHO, 2003), de valores máximos permissíveis das concentrações de cianotoxinas na água tratada assim como das frequências de monitoramento dessas toxinas e das cianobactérias em função das densidades destas no ponto de captação de água para a Estação de Tratamento (ETA). Essas diretrizes estão incorporadas na legislação.

(19) 20. Brasileira para água potável, atualmente na Portaria 2914/2011-MS, que cita o limite máximo permitido (VMP) de microcistina de 1µg.L-1. Já portarias anteriores incluíam esse VMP (Portaria MS 1469/2000 e 518/2005) A proliferação de algas e cianobactérias em águas superficiais altera a qualidade a ser água tratada, causa problemas operacionais, em várias fases do tratamento, por exemplo, na coagulação e no processo de filtração. Na filtração causam redução no tempo de funcionamento do filtro de areia e consequentemente maiores frequências de retrolavagem porque ao colmatar esses filtros, ocorre diminuição da taxa de filtração e diminui a produção de água potável na estação de tratamento. Outros problemas associados ao numero alto de cianobactérias incluem aumento da quantidade de coagulante usado e à produção de maiores volumes de lodo, a presença de sabor e odor, e a formação de subprodutos tóxicos durante a cloração como os trihalometanos. Todos estes problemas causam dificuldades técnicas significativas e aumentam os custos de produção de água potável. Aumentam também a necessidade de monitorar a qualidade da água bruta com maior frequência e todo o processo ao longo do tratamento (Di BERNARDO, 1995; Mc DOWALL et al, 2009 ). Todavia, o tratamento convencional da água praticado pela maioria das ETA’s do país não é apropriado para remover cianotoxinas, que é denominado convencional por não incluir etapas avançadas, como o uso do carvão ativado. A sedimentação é dificultada pelas altas densidades de cianobactérias devido à tendência de flutuação de algumas cianobactérias, relacionada com seu pequeno tamanho e sua forma filamentosa além de causarem o entupimento dos filtros já comentado, junto com sua baixa densidade e carga superficial negativa, requerem do aumento das dosagens dos produtos químicos entre eles dos coagulantes (AWWA, 2000; DRIKAS et al, 2001; TAKAARA et al, 2007). As etapas sequenciais de coagulação química, floculação e sedimentação do tratamento convencional da água removem algas e cianobactérias e são importantes para o êxito das seguintes operações, de filtração e cloração. Células remanescentes podem colmatar os filtros e se não forem tomados cuidados operacionais apropriados durante a coagulação pode haver ruptura celular com liberação de cianotoxinas; ainda alguns coagulantes parecem favorecer a ruptura da célula (SUN et al, 2012). Quanto maiores às concentrações de cianotoxinas maiores as dificuldades para sua eliminação nas últimas etapas do tratamento convencional (filtração e cloração) (Di BERNARDO; DANTAS, 2005; LIBÂNIO, 2010)..

(20) 21. A coagulação é uma etapa de grande importância no tratamento de água convencional, pois ela consiste no conjunto de ações físicas e de reações químicas que com duração de poucos segundos, coloca em contato o coagulante (usualmente um sal de alumínio ou de ferro) com as impurezas presentes. Apresenta-se em três fases: (a) formação das espécies hidrolisadas do sal quando disperso na água, (b) desestabilização das partículas coloidais e suspensas dispersas na massa líquida e (c) agregação dessas partículas para formação dos flocos (LIBÂNIO, 2010). Os coagulantes mais conhecidos e utilizados no processo de tratamento de água são: sais de alumínio, tal como sulfato de alumínio, aluminato de sódio, cloreto de alumínio e sais de ferro como sulfato férrico, cloreto férrico, sulfato ferroso e polímero. (LIBÂNIO, 2010). Nesse contexto o presente trabalho teve como finalidade avaliar, em escala de bancada, a eficiência de dois coagulantes (sulfato de alumínio e cloreto férrico) frequentemente utilizados no tratamento convencional de água (coagulação, floculação e sedimentação) e verificar qual deles é o mais indicado na remoção de células inteiras de uma linhagem de Microcystis aeruginosa, comprovadamente produtora de cianotoxina MC-LR, sob condições de diferentes valores de pH, seguida por filtração em filtros de areia com quatro taxas de filtração conferindo se sob condições controladas ocorre ou não a lise celular com liberação de cianotoxinas assim como verificar a eficiência de remoção de cor aparente e turbidez..

(21) 22. 2. OBJETIVOS. 2.1 Objetivo Geral. Analisar a eficiência do sistema convencional de tratamento na escala de bancada na remoção de células de Microcystis aeruginosa, cor aparente e turbidez nas etapas de coagulação, floculação e sedimentação, com aplicação dos coagulantes cloreto férrico e sulfato de alumínio, sob condições controladas em laboratório, seguido de filtração por filtro de areia.. 2.2 Objetivos específicos. 1- Identificar as condições ótimas de coagulação, floculação e sedimentação (construção de diagramas de coagulação) para remoção de turbidez, cor aparente e células de Microcystis aeruginosa usando os coagulantes cloreto férrico (FeCl3.6 H2O, PA) e sulfato de alumínio [Al2(SO4)3.14-16 H2O, PA], sob diferentes valores de pH empregando água de torneira sem cloro residual em testes em escala de bancada (Jar test).. 2- Avaliar a eficiência da remoção de cor aparente, turbidez e células de. Microcystis aeruginosa na água decantada através de filtros de laboratório de areia utilizando taxa de filtração de 15, 30, 50 e 100 m3.m-2.d-1. 3- Identificar possíveis rupturas (lises) de células de Microcystis aeruginosa ao longo. do sistema de tratamento e o aumento/diminuição da concentração da toxina microcistina-LR..

(22) 23. 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA. A incidência de florações de cianobactérias em águas doces parece ter aumentado ao longo das últimas décadas devido ao aumento dos níveis de nutrientes causados por práticas intensivas de agricultura, geração de esgotos e do uso de detergentes (REYNOLDS, 1987; SVIRCEV e BÁLTICAS, 2011). Contudo, a proporção de cianotoxinas neste ambiente, fica mais susceptível à liberação de toxinas. As cianotoxinas são endotoxinas eliminadas ao ambiente pelas células senescentes, com a lise celular ou pela ruptura das células sob condições de estresse ou pelo uso de algicidas, por exemplo (CHORUS e BARTRAM, 1999). Além disso, a lise das células, durante o tratamento é um processo crucial para a liberação da microcistina e que continua sendo mal compreendida. Dois mecanismos de liberação de cianotoxinas podem ser relevantes no tratamento de água potável: a liberação natural de toxinas, como ocorre em reservatórios pela lise celular e, uma outra, como poderia ocorrer em alguma medida através da liberação ativa e induzida de toxinas como ocorre durante o processo de tratamento de água por efeito de fatores de estresse mecânicos e químicos que influenciam na estabilidade de células de cianobactérias (SCHMIDT et al, 2002). As principais vias de intoxicação com as cianotoxinas são ingestão, inalação, contato dérmico e injeção, sendo a primeira mais comum. Nas atividades de recreação, a exposição às toxinas ocorre por ingestão acidental de água com células de cianobactérias, pelo contato dérmico e, com menor frequência, pela inalação de aerossóis (FUNARI e TESTAI, 2008; BACKER et al, 2010). A ingestão da água da rede de distribuição também pode ser uma fonte de intoxicação (TEXEIRA et al, 1993) ou por alimentos contaminados com cianotoxinas como mariscos e peixes e suplementos nutricionais de origem aquática, como algumas cianobactérias. Nesses casos é frequente observar elevadas concentrações de cianotoxinas nos músculos e sistema digestório por efeito de sua bioacumulação nos animais e crustáceos e consequente biomagnificação através das cadeias e teias alimentares (zooplâncton, microcrustáceos, crustáceos, peixes) como relatado por Magalhães et al (2001), Karjalaine et al (2005), entre outros. Outra via de contaminação inclui a hemodiálise e embora rara, a injeção intravenosa da toxina pode ter efeitos devastadores sobre a saúde humana (FUNARI e TESTAI, 2008). O primeiro e único evento confirmado in loco de casos de mortes.

(23) 24. humanas por intoxicações com cianotoxinas ocorreu em Caruaru- Pernambuco/Brasil em 1996, quando 56 de 131 pacientes de uma clínica de hemodiálises morreram depois de receber nas veias água contaminada com microcistina (CARMICHAEL et al, 2001; AZEVEDO et al, 2002; WHO, 2003). Episódios de intoxicação por ingestão de água de um reservatório contendo florações de cianobactérias também têm sido relatados. Ocorreu internação de 139 crianças e 10 adultos com água de abastecimento de uma represa contendo Cylindrospermopsis raciborskii na Austrália (METCALF e CODD, 2004). Vários sintomas gastrointestinais graves afetaram cerca de 2000 pessoas, das quais 88 morreram, após consumirem água de um reservatório recém-construído logo após de sua inundação no Brasil o qual apresentava florescimento de cianobactérias e se deduz, por estudos epidemiológicos, que na água havia cianotoxinas (TEIXEIRA et al, 1993; METCALF e CODD, 2004). Outros episódios de doenças humanas associadas com cianobactérias incluiu uma correlação estatisticamente significativa entre o consumo de água de um reservatório em Armidale, na Austrália, com presença de Microcystis aeruginosa e indicações de lesões hepáticas (METCALF e CODD, 2004). A alta incidência de câncer primário de fígado na China tem sido atribuída à água contaminada com toxinas de cianobactérias (HARADA et al, 1994; SVIRCˇEV et al, 2009). Zhou et al (2011) sugerem que a presença de microcistina na água potável pode também desenvolver um tipo de câncer colón-retal, pelo fato que na cidade de Hainning, eles encontraram uma estreita correlação entre o tipo da água de abastecimento (potável) e a incidência desta neoplasia. Há sérias indicações de doenças neurodegenerativas, doenças tardias e cânceres (carcinoma hepatocelular) que podem estar associados com a exposição repetida à cianotoxinas (CHORUS e BARTRAM, 1999; MAGALHÃES et al, 2001). Segundo Azevedo et al (1994) o primeiro caso da presença da microcistina nos reservatórios brasileiros, nesse estudo a cianobactéria Microcystis aeruginosa, extraída da Lagoa das Graças-SP, que produziu as variantes microcistina-LR e microcistina-LF. O método convencional de tratamento de água consiste em uma sequência de processos (coagulação, floculação, sedimentação, filtração e desinfecção) que é bastante eficaz na remoção de células de cianobactérias. Durante essas etapas, são necessárias condições controladas de operação para evitar destruir as células e a consequente liberação das toxinas. Estudos relatam a eficiência do tratamento convencional na remoção de células intactas, tanto de Microcystis aeruginosa quanto de outras espécies,.

(24) 25. como Anabaena flos-aquae, Anabaena circinalis, Oscillatoria rubescens e Planktothrix agardhii (DRIKAS et al, 2001; FUNASA, 2003; SANT’ANNA e AZEVEDO, 2000; HENG et al, 2009; HENDERSON et al, 2010; SHEN et al, 2011). O principal problema das florações de cianobactérias nas ETA’s é a dificuldade que elevados números de células causam no tratamento durante o processo de coagulação, sendo necessário aumentar as dosagens de coagulantes e um esforço maior na verificação da eficiência da sedimentação (DRIKAS et al, 2001; SUN et al, 2012). O excesso de células tende a favorecer a formação de flocos de difícil sedimentação que podem persistir na unidade de decantação e serem carreados para os filtros, diminuindo o tempo das carreiras de filtração devido à colmatação. Esse fenômeno pode ocorrer após poucas horas de funcionamento (Di BERNARDO e DANTAS, 2005; HENDERSON et al, 2008; 2010). A remoção de células inteiras de cianobactérias reduz significativamente a concentração de cianotoxinas e das substâncias produtoras de gosto e odor da água que esta sendo tratada, melhorando significativamente a qualidade final da água a ser distribuída (CHOW et al, 1998; Di BERNARDO e DANTAS, 2005; LIBÂNIO, 2010). Apesar disso, tal procedimento não exclui a necessidade de se adotar novos métodos de tratamentos que abordam de forma específica a eliminação de toxinas dissolvidas e dos compostos geradores de sabor e odor (TEIXEIRA e ROSA, 2005).. 3.1 Cianobactérias e florações. Registros de cianobactérias com cerca de 3 bilhões de anos foram encontrados em resíduos fósseis (estromatólitos) de locais diversos (MADIGAN et al, 2010).Sua designação, Cyanobacteria, deriva do grego: cyano, azul e bacteria, bactéria. Taxonomicamente pertencem ao domínio Bacteria, ordem Cyanobacteriales, classe Photobacteria, embora a taxonomia clássica da botânica as incluísse ainda entre as algas, na divisão Cyanophyta classe Cyanophyceae com a denominação vulgar de algas verdes azuis. Cianobactérias são organismos autotróficos, procariontes gram-negativos fotossintéticos oxigênicos com mais 2.000 espécies identificadas e distribuídas em mais de 150 gêneros dos quais cerca de 40 são potencialmente tóxicos (CHORUS, BARTRAM, 1999; APELDOORN et al, 2007). Esses números podem estar subestimados em decorrência das dificuldades relacionadas à sua identificação.

(25) 26. taxonômica (KOMÁREK, 2003). Possuem clorofila-a, pigmento de plantas e algas que participa da fotocatálise da água liberando oxigênio molecular (fotossíntese oxigênica) e outros pigmentos denominados ficobilinas (ficocianinas de cor azul e ficoeritrinas de cor vermelha) e xantofilas que em seu conjunto são a causa da cor verde – azul e garantem a utilização da energia luminosa nos extremos do espectro visível (400700nm), portanto, são organismos que partilham características com bactérias e com algas (HENDERSON et al, 2008). Algumas cianobactérias são diazotróficas, capazes de fixar o nitrogênio através de células especializadas (heterocistos) e, portanto, são de grande importância no ciclo biogeoquímico do nitrogênio. Sua função fisioecológica nos ciclos do carbono e do oxigênio também é fundamental, participando junto com as microalgas na produção da maior quantidade do O2 que mantém a porcentagem de 20% na atmosfera terrestre. Crescem em ambientes lênticos e lóticos (lagos, lagoas, rios), em águas salinas, salobras e marinhas, em salinas de produção de sal, em águas de temperaturas extremas (águas termais e águas geladas dos pólos), em solos úmidos, troncos de árvores, em recifes de corais e esponjas, na superfície de grandes mamíferos como baleias, entre outros muitos habitats (MADIGAN et al, 2010). A alta ubiquidade das cianobactérias se relaciona com adaptações fisiológicas e morfológicas das células, como os já citados heterocistos, outras apresentam vacúolos gasosos que são estruturas membranosas que se enchem com gás ou com água gerando variações da densidade celular, que pode atingir valor menor que da água e conferem flutuabilidade e regulação da profundidade de localização da célula na coluna d’água (REYNOLDS, 2006; HENDERSON et al, 2008). Outras adaptações são os acinetos, células diferenciadas e especializadas na resistência celular presentes em cianobactérias filamentosas, e que permitem a sobrevivência sob condições ambientais desfavoráveis (escassa luminosidade, alterações do pH e da temperatura, escassez de nutrientes). Com esses mecanismos adaptativos, as cianobactérias otimizam sua localização em função das necessidades de condições de luz, pH, nutrientes, etc. O processo reprodutivo é sempre assexuado, sendo geralmente por fissão binária (REYNOLDS, 1997). Contribuem com grande parte da produtividade primária e fluxo de energia nos ecossistemas aquáticos, em especial nos eutrofizados. A morfologia das cianobactérias inclui formas redondas ou ovais unicelulares (Synechocystis, Synechococcus), unicelulares. e. coloniais. (Microcystis), unicelulares. filamentosas. e coloniais. (Cylindrospermopsis, Anabena, Oscilatoria) (CARMICHAEL, 1994; CHORUS e.

(26) 27. BARTRAM, 1999). A resistência química, a morfologia e a flutuabilidade da Cylindrospermopsis raciborskii permitem que ela resista às diversas etapas do tratamento convencional de água e, inclusive, seja encontrada na água já tratada (SENS et al, 2005). Os agrupamentos coloniais podem estar protegidos por camadas mucilaginosas produzidas pelas próprias cianobactérias (REYNOLDS, 2006). Essa substância pode servir como abrigo para bactérias, protegendo-as da ação do cloro no momento da desinfecção. Para Tucci e Sant’Anna (2003), a ampla mucilagem produzida pelo gênero Microcystis atua para aumentar o sombreamento e diminuir a diversidade e riqueza de outras espécies ao longo da coluna de água. Apesar de causar fortes impactos ambientais negativos e na saúde humana as cianobactérias são fontes importantes de compostos de interesse biomédico e bioindustriais: produzem compostos antitumorais, antivirais, antibióticos e antifúngicos, e elevados teores de ésteres de ácidos graxos de interesse na produção de biodiesel, entre outras aplicações (KUIPER-GODMAN et al, 1999).. 3.2 Interferência humana e a eutrofização. As atividades antropogênicas incluem o lançamento ao ambiente de compostos tóxicos persistentes alguns deles com capacidade de bioacumulação ao longo das cadeias e teias alimentares bem como nutrientes, especialmente compostos ricos em fósforo e nitrogênio (CONLEY et al, 2009), que estimulam, nas águas, a eutrofização e os florescimentos de cianobactérias. Outros fatores como a alta incidência luminosa, pH na faixa básica, altas temperaturas (iguais ou superiores a 25ºC), águas paradas ou de lenta circulação e estabilidade da coluna de água, favorecem ainda mais a proliferação desses microrganismos que formam densas massas verdes flutuando na superfície das águas (BITTENCOURT–OLIVERA, SANTOS, 2010). Esse tipo de interferência é causa importante de alterações ecofisiológicas que influenciam na composição e equilíbrio da biota aquática ao afetar os fluxos de energia ao longo das cadeias e teias alimentares, que favorece sua transmissão para outras espécies e podem ser causa de sérios riscos à saúde humana (BEGON et al, 2007; HAVENS, 2008). A eutrofização antropogênica nas águas superficiais foi observada em nível mundial a partir da segunda metade do século passado (1960 – 1970) e verificada sua.

(27) 28. rápida expansão em bacias hidrográficas com crescimento não planejado do ambiente urbano, peri-urbano e rural (VOLLENWEIDER, 1968; 1981). Proliferação de algas nocivas representa uma séria ameaça para a vida aquática, para a saúde humana, para o turismo local, e para a estética de lagos e ambientes costeiros (BEAULIEU et al, 2005). As melhorias introduzidas no tratamento das águas residuais e a ampliação das redes coletoras de esgotos não tem acompanhado o grau de crescimento populacional e de desenvolvimento, e em consequência, esgotos sem tratamento ou parcialmente tratados continuam sendo despejados no ambiente. Segundo dados do IBGE (2008), no Brasil há cerca de 2.817 municípios dotados de estações de tratamento convencional, dentre os quais 104 se situam na Região Norte, 851 na Nordeste, 1.087 na Sudeste, 545 na Sul e 230 na Centro-oeste. Considerando que diversos municípios dispõem de mais de uma unidade de tratamento, estima-se que mais 3500 estações convencionais estejam em operação no país. Embora predominem em quantidade, dificuldades diversas são observadas na remoção de cianobactérias e cianotoxinas (IBGE, 2008). No Brasil, apenas 46,2% dos esgotos são coletadas e destes somente 37,9% são tratados parcialmente. Dados do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) mostram que 71,8% dos municípios não possuíam, em 2011, uma política municipal de saneamento básico. A estatística corresponde a 3.995 cidades que não cumprem a Lei Nacional de Saneamento Básico, aprovada em 2007 (AGÊNCIA BRASIL, 2012). Na Paraíba, segundo o Censo Demográfico (2010) do IBGE, 650 mil domicílios não possuem rede geral de esgoto sanitário, o que representa 60,06% do total. Estes dados são extremamente importantes para as autoridades ficarem alertas com a falta de assistência nesse setor, uma vez que os esgotos das cidades geralmente são destinados aos rios, açudes, pelo fato da inexistência de uma rede coletora que chegue até a estação de tratamento. Soma-se isso a falta de consciência da população que usa o esgoto para irrigação. Explicam essas informações, as principais causas de eutrofização acelerada dos reservatórios e a frequente proliferação de cianobactérias nesses corpos de água.. 3.3 Tratamento convencional da água. O método de tratamento convencional de água é o predominante no Brasil tanto em relação ao número de unidades de tratamento quanto ao volume de água tratada. Essa tecnologia é atrativa por apresentar menor custo que os demais processos de.

(28) 29. tratamento da água e por ser efetiva na purificação de águas, mas tem serias limitações para potabilizar águas eutrofizadas (CHOW et al, 1999; TEIXEIRA e ROSA, 2006). As Estações de Tratamento de Água (ETA’s) do nordeste captam água principalmente em mananciais de superfície, onde há ocorrência de florescimentos de cianobactérias potencialmente produtoras de cianotoxinas. Para que a tecnologia convencional de tratamento de água seja eficiente é necessário que as cianobactérias sejam eliminadas nas primeiras etapas do tratamento, pois caso contrário, as populações abastecidas poderiam ficar expostas a sérios riscos de saúde pela possível liberação de cianotoxinas na água tratada. Cianobactérias em excesso em mananciais destinados ao abastecimento humano acarretam problemas operacionais nas ETA’s tais como obstruções das canalizações, dificuldade nos processos de coagulação, floculação e sedimentação e no geral, aumento da dosagem de coagulante e colmatação dos filtros (Di BERNADO, 1995; BRANDÃO et al, 1998; AZEVEDO e BRANDÃO, 2003). Esses inconvenientes podem originar uma redução na eficiência dos processos de tratamento e consequente degradação da qualidade do efluente da ETA. A eficácia de remoção das cianobactérias dependerá das condições da água captada, dos cuidados na captação e das técnicas de tratamento (BRASIL, 2004). Todavia, as características morfológicas e a distribuição dos organismos na massa de água do manancial têm grande influência na eficiência do tratamento, atribuindo comportamentos diferenciais para uma mesma tecnologia (KURODA, 2006). O tratamento de água denominado de convencional é normalmente aplicado às águas que possuem partículas finamente divididas em suspensão e partículas coloidais e que necessitam de tratamento químico capaz de propiciar sua deposição, com um baixo período de detenção. O tratamento convencional é subdividido nas seguintes etapas, que se sucedem hidraulicamente: . Coagulação: processo onde a adição de sulfato de alumínio ou sulfato ferroso, entre outros, através de mistura rápida, provoca a coagulação, formando compostos químicos. Esses compostos, formados através de choques com as partículas de impurezas, são por elas absorvidos causando o desequilíbrio das cargas elétricas superficiais, o que irá a propiciar a união destas partículas na etapa seguinte.. . Floculação: os compostos químicos, já misturados anteriormente, vão reagir com a alcalinidade da água formando compostos que tenham a propriedade da.

(29) 30. adsorção, que é a capacidade de atrair partículas com cargas elétricas contrárias. Essas partículas são chamadas de flocos e têm cargas elétricas superficialmente positivas, enquanto que as impurezas presentes na água, como as matérias suspensas, as coloidais, alguns sais dissolvidos e bactérias, têm carga elétrica negativa, sendo assim retidas pelos flocos. É aqui, no compartimento da floculação, que se inicia a formação dos flocos, que irão crescendo (em tamanho) à medida que se dirigem para o decantador. . Decantação: é o fenômeno pelo qual os flocos do coagulante, que já agregaram a si as impurezas, começam o processo de sedimentação e consequente clarificação da água. Esse fenômeno ocorre porque os flocos, que são mais pesados do que a água e devido à baixa velocidade da mesma na grande área do decantador, afundam pela ação gravitacional, ficando depositados no fundo do tanque, deixando a água superficial mais clara, ao longo do fluxo, e apta a seguir escoando para a próxima etapa.. . Filtração: a maioria das partículas fica retida no decantador, porém uma parte persiste em suspensão; e é para remover essa parte que se procede à filtração. Hidraulicamente, faz-se a água traspassar uma camada filtrante, constituída por um leito arenoso, com granulometria pré-dimensionada, sustentada por uma camada de cascalho, de modo que as impurezas, as partículas, a maioria das bactérias, entre outros, fiquem retidos e a água filtrada seja límpida.. . Desinfecção: a filtração bem executada elimina as partículas e quase todas as bactérias; entretanto, as bactérias têm que ser totalmente eliminadas. Para isso, recorre-se à desinfecção, que é feita pela adição de produtos químicos, dos quais o mais usado é o cloro. A cloração, como é chamada, é feita através de dosadores que aplicam compostos de cloro à água, desinfectando-a.. . Fluoretação: adição de compostos de flúor à água em tratamento, como medida de saúde pública, visando a diminuição da incidência de cárie dentária. Dentre os produtos químicos utilizados para este fim, destacam-se o fluorsilicato de sódio e o ácido fluorsilícico.. Vale salientar que o tratamento de águas brutas com abundantes cianobactérias para consumo humano requer cuidados especiais, principalmente com o uso de agentes oxidantes, pois ao mesmo tempo em que melhoram o tratamento facilitando a remoção.

(30) 31. de células, promovem a lise celular e com isso a liberação de toxinas na água (NEWCOMBE e NICHOLSON, 2004). Dentre os coagulantes mais usuais que garantem boa eficácia sem causar dano à membrana da célula estão o cloreto férrico e o sulfato de alumínio, devido as características de cada metal e das espécies hidrolisadas, à dosagem aplicada e à amplitude do pH para a formação do precipitado (CHOW et al, 1999; Di BERNARDO e DANTAS, 2005; SANTIAGO, 2008; De JULIO et al, 2010; LIBÂNIO, 2010; OLIVEIRA, 2012). No tratamento convencional, após a coagulação a água é sempre floculada e decantada antes de seguir ao processo de filtração rápida, geralmente por escoamento descendente. Como estas três etapas são desenvolvidas em série, o desempenho insatisfatório de uma das unidades afeta a qualidade do funcionamento das outras, comprometendo a produção de água que atenda aos padrões de potabilidade. Caso os flocos formados apresentem velocidade de sedimentação baixa, os decantadores podem não serem adequados para reter as impurezas, sobrecarregando a etapa de filtração (HELLER e PÁDUA, 2006). Um filtro rápido de areia consiste de uma camada de areia suportada por uma camada de antracito, cascalho, ou calcita (BITTON, 2005). O efluente que passa rápido pela areia é recolhido por um sistema de drenagem. Filtros rápidos de areia são operados com taxas de filtração 5-24 m3.m-2.h-1, em comparação com 0,1 m3.m-2.h-1para filtros lentos de areia (HUISMAN e WOOD, 1974; LOGSDON e HOFF, 1986). Esses filtros são periodicamente limpos por retrolavagem a uma vazão suficiente para permitir uma limpeza completa da areia. Todavia, esses processos de tratamento convencionais de água demonstram alta eficiência na remoção de células viáveis de cianobactérias. Sendo que essa eficiência é influenciada pelas condições de coagulação e floculação. Deste modo, o tratamento de água inclui este conjunto de operações unitárias e processos que adequam a qualidade da água bruta do manancial aos padrões de potabilidade vigentes estabelecidos pela Portaria nº 2914/2011 do Ministério da Saúde/Brasil (BRASIL, 2011). A Portaria 2914/2011-MS determina a frequência de amostragem da água do manancial em função da concentração de cianobactérias no ponto de captação e pela identificação de espécies potencialmente tóxicas. Essas normas, também citadas pelas portarias anteriores, devem ser seguidas cuidadosamente pelos órgãos de controle ambiental, pela companhia de água e pelos gestores e técnicos por fornecerem informações valiosas para a adoção de medidas preventivas e/ou corretivas desde a.

(31) 32. captação ate as etapas finais do tratamento, como cuidados específicos na coagulação/floculação/decantação no sistema convencional de tratamento de águas com eventos de florações e podem até prever esses eventos. De acordo com a portaria citada, a frequências de monitoramento da água do manancial é função da densidade de células de cianobactérias: será semanal se a concentração de cianobactérias no ponto de captação for igual ou superior 20.000 cel.mL-1 (Capítulo VI, artigo 40.§4 e anexo XI), e mensal se a concentração de cianobactérias for igual ou inferior a 10.000 cel.mL-1. Na presença de gêneros potencialmente produtores de cilindrospermopsina esta será quantificada na saída da ETA e antes da distribuição para verificar se sua concentração é inferior ao VMP de 1 µg.L-1 estabelecido pela Portaria citada (Capítulo V. artigo 37 .§3) e se estiveram presentes gêneros potencialmente produtores de anatoxina - a (s) essa toxina também deverá ser identificada na saída da ETA (Capítulo V artigo 37 .§4). Já quando as concentrações de cianotoxinas no manancial forem menores que seus respectivos VMPs para água tratada, se dispensa a análise de cianotoxinas na saída do tratamento (Capítulo VI, artigo 40 § 5, Anexo XII). De modo geral, o tratamento de água caracteriza-se pela remoção de partículas coloidais suspensas ali incluídas a matéria orgânica, microrganismos e substâncias possivelmente deletérias à saúde humana presentes nas águas, como as toxinas das cianobactérias. Estas cianotoxinas podem ser liberadas durante os processos de tratamento, como resultado de algum estresse mecânico e/ou químico que provoca a lise celular (SCHMIDT et al, 2002, Di BERNARDO, 2005; BOTERO, 2009; LIBÂNIO, 2010). Em águas eutróficas com florescimento de cianobactérias a remoção de células intactas é importante e precisa ser considerada porque a diminuição de seu número significa a redução significativa das concentrações de precursores de sabor e odor e de substâncias tóxicas na água (De JULIO et al, 2010). Para identificar uma eventual lise celular no tratamento convencional é necessário controlar e avaliar cuidadosamente cada uma das etapas do processo.. 3.3.1 Coagulação e Floculação. A água natural contém uma ampla variedade de impurezas, principalmente argilas, detritos orgânicos, algas, microrganismos, e diversos poluentes antropogênicos,.

(32) 33. como pesticidas e metais pesados. A matéria orgânica pode ser tóxica por carregar contaminantes prejudiciais e, de maior importância, a matéria orgânica natural pode ser precursora de diversos subprodutos nocivos da desinfecção (YANG et al, 2008), como os trihalometanos. Define-se coagulação como a desestabilização das cargas superficiais das partículas coloidais e em suspensão, incluindo bactérias e vírus, por meio da adição de coagulante, os que causam redução das forças que tendem a manter as partículas separadas. Esse processo permite que impurezas de pequenas dimensões se combinem permitindo que se aglutinem e alcancem peso específico superior ao da água (flocos), favorecendo a remoção nos processos subsequentes, por serem mais facilmente removidos em processos de separação sólido-líquido, como a sedimentação e a filtração. É um processo rápido que ocorre nas unidades de mistura rápida (KAWAMURA, 2000; Di BERNARDO e DANTAS, 2005; LIBÂNIO, 2010). Segundo. Libânio. (2010). a. coagulação. consiste. essencialmente. na. desestabilização das partículas coloidais e suspensas realizada pelas ações físicas e reações químicas entre o coagulante a água e as impurezas. Ocorre então o processo de hidrolise e os produtos formados são as espécies hidrolisadas de ferro e alumínio, podendo formar precipitado de hidróxido metálico. Posteriormente, verifica-se o transporte dessas espécies para o contato com as impurezas (mistura rápida). Em seguida, com a aproximação e colisão das partículas desestabilizadas, há formação de flocos, que podem ser removidos por sedimentação flotação e filtração. Nas ETA’s convencionais a eficiência da coagulação influi no desempenho das outras etapas do tratamento, favorecendo a qualidade microbiológica do efluente, aumentando a duração das carreiras dos filtros e reduzindo o custo do metro cúbico de água tratada. No contexto sanitário evidencia a importância da remoção de partículas de dimensões microscópicas por associar-se a de microrganismos patogênicos (LIBÂNIO, 2010). Este mesmo autor descreve que o mecanismo da varredura, conduz a dosagens mais elevadas quando conferidas às necessárias à adsorção-neutralização. Dessa forma, o floco formado adquire maior peso, sedimentação facilmente nas unidades de decantação. Conforme Di Bernardo (2003) o mecanismo da varredura requer a formação de precipitado (hidróxido do cátion coagulante) e para isso é necessária a adição de altas dosagens do sal coagulante (20 a 20 mg.L-1 de Al2(SO4)3. 14,3 H2O). Este mecanismo é.

(33) 34. recomendado para as estações de tratamento de água com unidades de decantação ou flotação. Já o mecanismo de adsorção-neutralização de cargas é adequado às tecnologias de tratamento que empregam filtração direta, pois nesse mecanismo as dosagens são menores (0,2 a 20 mg.L-1 de Al2(SO4)3. 14,3 H2O) não precisando da formação de flocos grandes e sim apenas da desestabilização das partículas. Coagulação é um passo fundamental na potabilização da água pelo método convencional para a remoção de algas e de cianobactérias (CHEN et al, 2009; WU et al, 2011) no entanto, pode causar estresse fisiológico ou químico sob as membranas celulares que ao se romperem liberam endotoxinas na água. Vários estudos avaliaram a eficiência da coagulação na remoção de células de cianobactérias (CHOW et al, 1999; TEIXEIRA e ROSA, 2006; ZAMYADI et al, 2012). Os processos de coagulação-floculação desestabilizam as partículas coloidais pela adição do coagulante. Para aumentar o tamanho da partícula, o processo da coagulação é seguido normalmente pela floculação das partículas instáveis, onde há formação de flocos volumosos por agruparem-se mais facilmente. Essa técnica facilita a remoção de sólidos suspensos e partículas coloidais da solução (KURNIAWAN et al, 2006). A adição do coagulante e a desestabilização das partículas ocorrem nos tanques de mistura rápida e as colisões entre as partículas ocorrem nos tanques de floculação. Os objetivos de coagulação convencional podem ser classificados dois aspectos. O primeiro é remover as células de algas e cianobactérias na presença de matéria orgânica algogênica (MOA). O segundo é para baixar o nível da MOA, alcançando a minimização da formação dos subprodutos da desinfecção (DBPs) (SIDDIQUI et al, 1997; PLUMMER et al, 2002) e o controle do nível de toxinas e substâncias responsáveis pelo gosto e o odor (DALY et al, 2007).Uma quantidade mínima de cloreto férrico é necessária para promover a coagulação das células de algas. Em solução, cloreto férrico forma um precipitado de hidróxido carregada positivamente (a pH< 8) que se associa com a superfície negativa das células de algas (WYATT et al, 2012). Trabalhos recentes reconsiderando a descrição das vias de coagulação sugeriu que MON (matéria orgânica natural) é removida através de uma combinação de precipitação direta de metal-MON sólidos e adsorção em hidróxido de metal precipitam. Em ambos os casos, a procura de coagulante é estequiométrica e que sempre que MON está presente numa fonte de água estes dois mecanismos tendem a dominar. O papel do coagulante depende de muitos fatores, incluindo: especiação dos produtos da hidrólise,.